Bài 9 phương pháp chuẩn độ điện thế

Bài 9 phương pháp chuẩn độ điện thế tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các l...

Bài 9 PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ ĐIỆN THẾ

I NGUYÊN TẮC

Phương pháp chuẩn độ điện thế là phương pháp phân tích thể tích nhưng khác phương pháp hóa học ở cách xác định điểm tương đương:

- Dùng một máy đo điện với cặp điện cực thích hợp nhúng vào dung dịch cần chuẩn độ

- Thực hiện quá trình chuẩn độ và ghi nhận sự thay đổi của thế E hoặc pH của dung dịch trong quá trình chuẩn độ

- Từ số liệu E = f(V) hay pH = f(V) ghi nhận được có thể xác định thể tích Vtđ của dung dịch chuẩn theo nhiều cách

Ưu điểm của phương pháp chuẩn độ điện thế so với phương pháp hóa học:

- Độ nhạy cao, có thể đến 10− 5 M

- Chuẩn độ được những dung dịch mẫu có màu

- Chuẩn độ được cho những trường hợp không có chất chỉ thị màu

- Chuẩn độ được cho những trường hợp dung dịch chứa nhiều cấu tử

II CÁCH THỰC HIỆN

1 Sơ đồ mạch của hệ thống máy đo và dung dịch phân tích

Máy đo điện thường được mắc xung đối

với: (V) Volt kế

(G) Điện kế

(K) Ngắt điện

(R) Điện trở

Quy ước : Điện cực chỉ thị nối với anod và điện cực chuẩn nối với catod của mạch ngoài và :

Eđo = Echỉthị − Echuẩn

- +

A

G

R

K

Điện cực

chuẩn

Điện cực chỉ thị

V

Cặp điện cực

X

C

2 Điện cực và cách chọn điện cực

Máy đo điện thường gồm 2 điện cực:

2.1 Điện cực chuẩn hay điện cực so sánh

Là điện cực có thế không đổi trong quá trình chuẩn độ, thông dụng nhất là điện cực calomel Cấu tạo: một dây platin nhúng trong hỗn hợp (Hg+Hg2Cl2) và tiếp xúc với dung dịch dẫn điện bằng một dung dịch điện ly KCl hay HCl có nồng độ xác định:

- Nếu KCl là dung dịch bão hòa ⇒ điện cực calomel bão hòa (E = 0,247 V ở 25oC)

- Nếu KCl có nồng độ 1N ⇒ điện cực calomel nguyên chuẩn (E = 0,284 V ở 25oC) Điện cực calomel chứa Hg nên có khả năng gây ô nhiễm môi trường và vì vậy càng ngày chúng càng ít được sử dụng (được thay thế bằng các điện cực chuẩn Ag/AgCl)

2.2 Điện cực chỉ thị

Là điện cực có thế thay đổi theo nồng độ của một ion nào đó trong dung dịch phân tích Có nhiều loại điện cực chỉ thị khác nhau:

- Điện cực kim loại trơ (Pt, Au, C, ): chỉ đóng vai trò trao đổi điện tử với dung dịch (dùng trong các phản ứng oxy hóa-khử)

- Điện cực kim loại không trơ (Ag, Cu, Pb, Zn, Fe…): điện cực có khả năng trao đổi điện tử với dung dịch chứa cation của kim loại tương ứng, thường dùng cho quá trình chuẩn độ tạo tủa (hoặc tạo phức)

- Điện cực màng thủy tinh: là điện cực có màng thủy tinh đặc biệt có khả năng trao đổi [H+] với dung dịch, cấu tạo bởi một dây Pt nhúng trong dung dịch HCl chứa trong một bầu thủy tinh đặc biệt và mỏng Thế của điện cực phụ thuộc vào nồng độ [H+] trong dung dịch được xác định bằng biểu thức :

E = k − 0,059.pH

k là một hằng số

Khi tiến hành chuẩn độ, phải chọn điện cực chỉ thị phù hợp với cân bằng chuẩn độ :

-Điện cực đặc biệt dùng cho chuẩn độ phức chất

-nt-

III CÁCH XÁC ĐỊNH ĐIỂM TƯƠNG ĐƯƠNG

Lập bảng biến thiên của pH hay E thay đổi theo thể tích dung dịch chuẩn đã sử dụng trong quá trình chuẩn độ

1 Phương pháp đồ thị

Từ bảng biến thiên của Eđo hoặc pH theo VC có thể xác định được Vtđ bằng 3 PP đồ thị:

- Vẽ E=f(V) hay pH =f (V) và tìm Vtđ bằng phương pháp hình bình hành

- Vẽ

V

E

∆

∆ hay

V

pH

∆

∆ theo VC và tìm Vtđ bằng cách tìm cực trị và dóng từ cực trị xuống trục hoành

- Vẽ ∆ (

V

E

∆

∆ ) hay ∆ (

V

pH

∆

∆ ) theo VC và tìm Vtđ bằng cách tìm điểm uốn và dóng từ điểm uốn xuống trục hoành

2 Phương pháp nội suy

Các cách xác định điểm tương đương theo PP đồ thị :

a) dựa vào dường tích phân (PP hình bình hành)

b) dựa vào đường vi phân bậc một; c) dựa vào đường vi phân bậc hai

E

V

Vtđ

E

(a)

V

∆

∆Ε

V

Vtđ

(b)

a

b

V 1Vtđ V2

(c)

)

(

V

E

∆

∆

∆

- Từ đồ thị thứ ba (vẽõ ∆ (

V

E

∆

∆ ) hay ∆ (

V

pH

∆

∆ ) theo VC) có thể tìm được Vtđ bằng cách

suy từ V1 ( thể tích của VC trước điểm tương đương có ∆ (

V

E

∆

∆ ) hoặc ∆ (

V

pH

∆

∆ )> 0 (hay

< 0) hoặc suy từ V2 (thể tích của VC sau điểm tương đương có ∆ (

V

E

∆

∆ ) hoặc

∆(

V

pH

∆

∆

)đã bị đổi dấu)

- Xem sự thay đổi ∆ (

V

E

∆

∆ ) hoặc ∆ (

V

pH

∆

∆ ) là tuyến tính trong khoảng V2 – V1:

(V2 - V1 ) làm thay đổi ∆ (

V

pH

∆

∆ ) với ( a + b ) đơn vị

(Vtđ - V1 ) làm thay đổi ∆ (

V

pH

∆

∆ ) với a đơn vị

(V2 – Vtđ ) làm thay đổi ∆ (

V

pH

∆

∆ ) với b đơn vị

Suy ra : Vtđ = V1 + ( V2 – V1 )

b a

a

+ hoặc Vtđ = V2 - ( V2 – V1 )

b a

b

+ ( a, b được lấy theo giá trị số học )

Để đơn giản có thể bỏ qua ∆V trong ∆ (

V

pH

∆

∆ ) nếu ∆V được giữ bằng hằng số (∆V = 0,10 hoặc 0,05 ml)

Ngày nay, việc chuẩn độ theo PP điện thế thường được tiến hành trên các máy chuẩn độ tự động:

-Máy tự động hút DD chuẩn vào các buret (5,00; 10,00 hoặc 20,00 ml) ; từ buret, DD chuẩn sẽ được lấy dần vào cốc chứa mẫu

- Máy tự ghi nhận Vtđ theo đồ thị tích phân, vi phân bậc một hoặc bậc hai và sẽ trả kết quả xác định cấu tử phân tích theo một trong các dạng : Vtđ , nồng độ mg/l, nồng độ đương lượng, % chất tan… tùy theo yêu cầu của người sử dụng đã được chương trình hóa

- Các máy chuẩn độ tự động cho phép xác định nhanh và chính xác nhờ ∆V ở gần điểm tương đương có thể được khống chế rất bé (có thể đến 0,01 ml ) Độ chọn lọc của

PP cũng rất cao nhờ vào việc sử dụng PP vi phân để xác định điểm tương đương thay cho PP tích phân

IV CÁCH TÍNH KẾT QUẢ

Sau khi tìm được Vtđ bằng một trong các phương pháp nói trên, tính kết quả giống như phương pháp chuẩn độ thông thường

BÀI TẬP

1 40,00 ml mẫu nước kiềm được chuẩn độ bằng DD HCl 0,100N theo PP chuẩn độ điện thế Sự thay đổi giá trị pH của DD theo lượng HCl 0,100N sử dụng được ghi nhận

như sau:

VHCl 0,100N

(ml)

VHCl 0,100N

(ml)

a) Xác định thể tích DD HCl 0,100N cần dùng tại các điểm tương đương? Các ion kiềm hiện diện trong DD là các ion nào ?

b) Tính nồng độ mol và nồng độ g/L (dưới dạng hợp chất của Na) của từng ion kiềm?

2 Chuẩn độ 20,00 ml mẫu nước kiềm bằng DD HCl 0,050N theo PP chuẩn độ điện thế Sự thay đổi giá trị pH của DD theo lượng HCl 0,050N sử dụng được ghi nhận như sau:

VHCl 0,050N

(ml)

VHCl 0,050N

(ml)

a) Xác định thể tích DD HCl 0,050N cần dùng tại các điểm tương đương và sự hiện diện của các ion kiềm trong DD

b) Tính độ kiềm do từng ion kiềm gây ra theo đơn vị ppm CaCO3

3 Xác định hàm lượng một mẫu NaOH bị giảm nồng độ do hút ẩm và carbonat hóa bằng phương pháp chuẩn độ điện thế với điện cực chuẩn AgCl có [ Cl – ] = 1,5 M a) Tính thế của điện cực chuẩn AgCl trên Ngoài điện cực chuẩn đã cho, phải dùng thêm điện cực chỉ thị nào để thực hiện phép chuẩn độ nói trên?

b) Cân 0,5350 g mẫu và hòa tan thành 200,0 ml dd Lấy 25,00 ml DD đem chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,075 N thu được bảng số liệu sau đây:

VHCl 0,075N

(ml)

pH 6,600 5,563 5,303 4,523 3,743 3,483 2,201 1,902

Tính % NaOH trong mẫu khảo sát và % Na2CO3 , % ẩm đã bị NaOH hút vào